[发明专利]一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统及其运行方法

权利要求书

1.一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统，其特征在于，包括：天然气源(1)、天然气源(1)连通至预重整反应器(6)，预重整反应器(6)连通至SOFC装置(7)的阳极输入端；天然气源(1)和预重整反应器(6)之间设置有气体混合器(5)，气体混合器(5)内同时输入有水蒸气；SOFC装置(7)的阴极输入端输入有压缩空气，SOFC装置(7)输出的阳极尾气和阴极尾气共同输入至HCCI内燃机(9)；SOFC装置(7)的电能输出端和HCCI内燃机(9)的电能输出端均连通至用电设备(12)；

SOFC装置(7)和HCCI内燃机(9)之间设置有混合装置(17)，SOFC装置(7)输出的阳极尾气和阴极尾气在混合装置(17)内混合，混合装置(17)内同时输入有氢气，氢气由储氢反应器(13)提供；

储氢反应器(13)为固态储氢反应器；

HCCI内燃机(9)的尾气输出端连通至第四热交换器(16)，第四热交换器(16)的输出端一和第一热交换器(4)的输入端二连通，第四热交换器(16)的输出端二和预重整反应器6连通；HCCI内燃机9的电能输出端和用电设备12连通；

在SOFC燃料电池装置之前放置预重整反应器，能够使燃气提前进行重整反应，能够提高燃料的利用率；

预重整反应器(6)和SOFC装置(7)之间设置有第二热交换器(14)；第二热交换器(14)的输入端一和预重整反应器(6)的输出端连通，第二热交换器(14)的输入端二和SOFC装置(7)的阳极尾气输出端连通；第二热交换器(14)的输出端一和SOFC装置(7)的阳极输入端连通，第二热交换器(14)的输出端二和混合装置(17)连通；

HCCI内燃机(9)的尾气输出端连通至尾气收集装置(10)，HCCI内燃机(9)和尾气收集装置(10)之间设置有第一热交换器(4)；第一热交换器(4)的输入端一和HCCI内燃机(9)的尾气输出端连通，第一热交换器(4)的输入端二为水输入端；第一热交换器(4)的输出端一和气体混合器(5)连通，第一热交换器(4)的输出端二和尾气收集装置(10)连通；尾气收集装置(10)的热量输出端和储氢反应器(13)连通，

第一热交换器(4)的输入端二连通至水箱(2)，水箱(2)和第一热交换器(4)之间设置有水泵(3)；

第一热交换器(4)和HCCI内燃机(9)之间设置有第四热交换器(16)，第四热交换器(16)设置有分支和预重整反应器(6)连通。

2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统，其特征在于，SOFC装置(7)的阴极输入端连通至压缩机(8)，SOFC装置(7)的阴极输入端和压缩机(8)之间设置有第三热交换器(15)；第三热交换器(15)的输入端一和压缩机(8)的出口连通，第三热交换器(15)输入端二和SOFC装置(7)的阴极尾气输出端连通，第三热交换器(15)输出端一连通至SOFC装置(7)的阴极输入端，第三热交换器(15)输出端二连通至混合装置(17)。

3.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统，其特征在于，SOFC装置(7)的电能输出端和用电设备(12)之间设置有DC/AC转换器(11)。

4.一种权利要求1所述的固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统的运行方法，其特征在于：水蒸气和由天然气源(1)输出的天然气在气体混合器(5)混合后，形成混合气体，混合气体输出至预重整反应器(6)，混合气体在预重整反应器(6)内反应生成预重整气体，预重整气体进入SOFC装置(7)；预重整气体在SOFC装置(7)内和压缩空气发生电化学反应后，形成SOFC装置(7)的阳极尾气和阴极尾气，阳极尾气和阴极尾气共同输入至HCCI内燃机(9)，HCCI内燃机(9)内利用SOFC装置(7)的阳极尾气和阴极发电，将电能输出至用电设备(12)；同时，SOFC装置(7)因电化学反应产生的电能也输入至用电设备(12)。